1、41,第4章 建筑熱濕環(huán)境,主線： 1。建筑物理因素?zé)釢癍h(huán)境的形成 2。影響因素對(duì)熱濕環(huán)境的定量影響負(fù)荷計(jì)算 3。人體對(duì)熱濕環(huán)境的反應(yīng)室內(nèi)熱濕環(huán)境標(biāo)準(zhǔn) 4。從人體生理學(xué)、心理學(xué)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià),是建筑環(huán)境中最重要的部分,42,建筑熱濕環(huán)境 知識(shí)框架,半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,生理學(xué)基礎(chǔ),心理學(xué)基礎(chǔ),建筑熱濕環(huán)境,影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,太陽(yáng)輻射與綜合溫度,濕環(huán)境,非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,穩(wěn)定特性,非穩(wěn)定特性,冷負(fù)荷形成及 計(jì)算方法,人體生理學(xué)和心理學(xué),冬,圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷,空氣滲透負(fù)荷,光學(xué)特性,PMV-PPD法,局部不舒適感,其他穩(wěn)定評(píng)價(jià),熱舒適性方程,穩(wěn)定計(jì)算方法,諧波反應(yīng)法,冷負(fù)荷系數(shù)

2、法,夏,人,照明,設(shè)備,得熱負(fù)荷概念,濕量計(jì)算,冷凝校驗(yàn),結(jié)露防治,溫態(tài)環(huán)境,動(dòng)態(tài)環(huán)境,過度環(huán)境,熱濕環(huán)境 評(píng)價(jià),43,1氣溫 2太陽(yáng)輻射 3室外空氣綜合溫度 4熱空氣交換 5建筑內(nèi)表面輻射6人體輻射換熱 7人體對(duì)流換熱 8人體蒸發(fā)散熱 9室內(nèi)熱源,室內(nèi)熱濕環(huán)境的形成,第4章 建筑熱濕環(huán)境,44,基本概念,A: 室外氣象條件 外擾 B: 室內(nèi)發(fā)熱/濕/塵量 內(nèi)擾(照明、設(shè)備、人體、散濕) C: 空調(diào)方式 廣義外擾,外擾作用方式：熱交換：太陽(yáng)輻射(透明/半透明體) 、 熱傳導(dǎo)(圍護(hù)結(jié)構(gòu))/（對(duì)流輻射） 空氣交換：空氣滲透、空調(diào)送風(fēng),內(nèi)擾作用方式： 輻射 對(duì)流 蒸發(fā),空氣狀態(tài)參數(shù) 變化的途徑： 對(duì)

3、流 空氣直接混合 蒸發(fā),墻體傳熱/濕性能影響內(nèi)/外擾對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境的作用,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,45,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度,建筑表面的輻射作用,直射：IN,散射：,地面反射：ID,天空散射：IS,太陽(yáng)輻射 I0,大氣輻射 Iy,建筑表面接受的輻射,建筑表面的氣溫作用,綜合溫度,46,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度,法線直射強(qiáng)度：,P大氣透明度（反應(yīng)大氣污染、水蒸氣等顆粒對(duì)日射的衰減） m大氣質(zhì)量（反應(yīng)日射強(qiáng)度到達(dá)表面的路程大?。?呈指數(shù)衰減,P=IL/I0=exp(-kL),大氣透明度,4

4、7,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度,大氣透明度,P1 最透明 變化范圍：0.650.75，在一個(gè)月份的晴天中可近似認(rèn)為是常數(shù) 我國(guó)將大氣透明度作了6個(gè)等級(jí)的分區(qū)，1級(jí)最透明,東京晴天的大氣透明度逐月值,反應(yīng)大氣污染、水蒸氣等顆粒對(duì)日射的衰減,P=IL/I0=exp(-kL),定義：,48,我國(guó)的大氣透明度分區(qū),49,IN = I0 P m m = L/L = 1/sin,為什么太陽(yáng)高度角接近0和90時(shí)垂直面的日射量都?。?反應(yīng)日射強(qiáng)度到達(dá)表面的路程大小,大氣質(zhì)量：m,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度,大氣透明度,

5、410,4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度, A i ,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,直射輻射,411,不同太陽(yáng)高度角和大氣透明度下的太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度,直射輻射,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,412,水平面散射強(qiáng)度IS,S(Berlage公式)：,散射輻射與總輻射強(qiáng)度,G地面平均日射反射率,水平面日射總輻射：,垂直面日射總輻射：,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,413,水平面總?cè)丈漭椛鋸?qiáng)度：,北緯40的太陽(yáng)總輻射量,按不同表面(水平、垂直、傾斜面)計(jì)算,總輻射強(qiáng)度,例4-1,短波？長(zhǎng)波？,414,4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度,大氣長(zhǎng)波輻射(Ia)與晚間有效輻射(Iy),指建筑表面向天空的有效輻射,指大氣向建筑表面的輻射,大氣向建

6、筑表面的輻射：Ia,(地表)建筑表面向天空的輻射：Id,(地表) 建筑向天空的有效輻射：IS,B,考慮云層(地表)建筑向天空的有效輻射：IS,y,天空當(dāng)量溫度,大氣溫度,式4-25,為何白天可以忽略大氣長(zhǎng)波輻射，晚間不可以？,例題4-2,晚間有效輻射,415,太陽(yáng)直射輻射,太空散射輻射,對(duì)流換熱,地面反射輻射,環(huán)境長(zhǎng)波輻射,地面長(zhǎng)波輻射,壁體得熱,IS,IZ,ID,非透明體外表面接受熱輻射：,4.1.1 太陽(yáng)輻射與室外空氣綜合溫度,室外空氣綜合溫度,大氣長(zhǎng)波輻射,IZ,IS,建筑表面接受輻射,416,室外空氣溫度：,外表面接受的有效熱輻射：,外表面得熱：,短波輻射,長(zhǎng)波輻射,4.1.1 太陽(yáng)輻

7、射與室外空氣綜合溫度,Iy Id Ia,室外空氣綜合溫度,417,td(I),tw,當(dāng)量空氣溫度,+,=,室外空氣溫度,室外空氣綜合溫度,如果忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與天空和周圍物體之間的長(zhǎng)波輻射：,td(I),Iy/w工程處理： 垂直面： Iy/w = 0； 水平面： Iy/w = 3.54.0。,室外空氣綜合溫度,418,導(dǎo)熱特性：,100,氣體 0.0060.6 Air:0.029,液體 0.070.7 Water:0.58,建筑材料 0.33.5 鋼筋混凝土:1.5,金屬 2.2240 建筑鋼材,20,保溫材料0.3,保溫材料其他要求：600700kg/m3; ；耐壓強(qiáng)度：4kg/cm2 要

8、點(diǎn): 空隙率, air solid,2,圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)與熱對(duì)流,聚乙烯泡沫材料：0.04,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,表面熱對(duì)流特性：,表4-3,w 、n = f(v、t、熱面形式),墻體導(dǎo)熱系數(shù)，W/mK,419,表面輻射特性：,一般建筑內(nèi)墻：0.820.93，鋁箔0.050.20 太陽(yáng)集熱器s ，保溫材料常貼鋁箔 、墻體表面反射率、吸收率、透射率 （ =0：非透明體；1：半透明體） s表面的太陽(yáng)吸收率,Cb黑體輻射系數(shù)： 5.67 W/(m2K4),表面黑度：,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,420,工程

9、上： = f（墻表面平整度，室外風(fēng)速）=1923 W/(m2K) = f（墻表面平整度） 8.72 W/(m2K),對(duì)流放熱系數(shù)：,輻射放熱系數(shù)：,以外墻為例：,out,輻射,對(duì)流,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,表面輻射特性：,421,吸(放)熱導(dǎo)熱放(吸)熱,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,流體與壁面對(duì)流傳熱 以外墻為例：,壁面與壁面輻射傳熱 以外墻為例：,固體間導(dǎo)熱傳熱,并聯(lián)作用表面換熱,串聯(lián)作用,并聯(lián)作用表面換熱,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,422,K0、R0墻體總傳熱系數(shù),總傳熱熱阻R0=1/K0， Kf（墻體材

10、質(zhì)）GB50176-93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范等,tw,tn,多層均質(zhì)墻體,w,n,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,423,封閉空氣間層：,導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射同時(shí)存在 處理方法：當(dāng)量導(dǎo)熱表4-7,實(shí)體： dR 傳熱,空氣間層：,思考：一般封閉間層內(nèi)貼鋁箔(小) 以降低傳熱量,一般貼在高溫側(cè)避免結(jié)露,為什么？,低溫側(cè),高溫側(cè),高溫側(cè),低溫側(cè),4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,424,組合墻體：,（1）分層按等熱流層分 （2）確定組合層并聯(lián)處理成當(dāng)量熱阻,由的面積加權(quán)推導(dǎo),（3）整個(gè)墻體按多層均質(zhì)求解,4.1.2 非透明體

11、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,計(jì)算方法：,穩(wěn)定傳熱量計(jì)算,425,夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 傳熱系數(shù)K/(m2K)和熱惰性指標(biāo)D的控制,426,JGJ26-86 民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),體形系數(shù)0.3,體形系數(shù)0.3,北緯 45,北緯 40,北緯 60,北緯 60,體形系數(shù)建筑物外表面積與其包圍的體積之比,JGJ 26-95民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分） 國(guó)內(nèi)外建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的比較/W/(m2K),JGJ24-86 民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)程,427,衰減特性：衰減系數(shù)0=室外綜合空氣溫度波幅/內(nèi)表面溫度波幅 延遲特性：延遲時(shí)間0=內(nèi)表面溫度波動(dòng)相位延遲 蓄熱特性：蓄熱系數(shù) S = 熱流

12、波動(dòng)振幅與溫度波動(dòng)振幅之比,qn,A0,An,=A0/An,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,不穩(wěn)定熱工特性,428,材料的蓄熱系數(shù)反應(yīng)材料的蓄熱特性。,表面溫度波動(dòng)程度 S溫度波動(dòng)蓄熱 一般空氣間層：S=0,材料層衰減度材料內(nèi)部溫度衰減規(guī)律,熱惰性指標(biāo)反抗溫度波動(dòng)的能力,S可蓄熱 D抗波動(dòng),D3.0：輕型結(jié)構(gòu) 3.1D6.0：中型結(jié)構(gòu) D6.1：重型結(jié)構(gòu),S參數(shù)均可通過半無窮大材料的不穩(wěn)定傳熱計(jì)算,4.1.2 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,不穩(wěn)定熱工特性,429,波長(zhǎng)/m,穿透率/%,可見光,近紅外線,長(zhǎng)波紅外線,0.8,玻璃對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性的透過特性：3m以下波長(zhǎng)幾乎全部透過，但卻能阻

13、隔3 m以上的長(zhǎng)波紅外線輻射溫室效應(yīng),4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,光學(xué)特性,430,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,玻璃在界面上的反射、透過特性和內(nèi)部的吸收特性： 界面的反射百分比，A0單程吸收百分比，,光學(xué)特性,431,反射百分比：,吸收百分比：,r,a0,標(biāo)準(zhǔn)玻璃K0.045,玻璃/太陽(yáng)下,空氣,消光系數(shù),行程,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,光學(xué)特性,432,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,窗框（材料、各種間

14、隔、斷熱窗框等,玻璃系統(tǒng)（單層、雙層、貼膜等）,組合結(jié)構(gòu),窗系統(tǒng),433,單層：在半透明薄層內(nèi)進(jìn)行反射、吸收和透過的無窮次反復(fù)之后的無窮多項(xiàng)之和。,多層：陽(yáng)光照射到雙層半透明薄層時(shí)，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射，以及再對(duì)反射輻射的透過。,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,表4-9,434,窗框型材：木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等； 玻璃層間：可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層； 玻璃層數(shù)：?jiǎn)尾?、雙玻、三玻等； 玻璃類別：普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等； 玻璃表面：各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜

15、、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對(duì)近紅外線高反射率的熱鏡膜。,窗玻璃中心溫度,4.1 影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素 4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,435,通過窗進(jìn)入室內(nèi)的得熱：玻璃得熱80%，其次是縫隙空氣滲透得熱和窗框傳熱得熱。,常用窗框材料的導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK),中空玻璃及其他墻體材料的傳熱系數(shù)W/(m2K),雙玻熱阻：,4.1.2 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,熱工特性,436,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成,室內(nèi)熱量傳遞形式,437,冷（熱）負(fù)荷：維持室內(nèi)一定熱濕環(huán)境所需要的在

16、單 位時(shí)間內(nèi)從室內(nèi)除去（補(bǔ)充）的熱量,顯熱負(fù)荷,潛熱負(fù)荷,送風(fēng)方式,輻射方式,空氣溫濕度環(huán)境,空氣溫濕度+ 平均輻射溫度,空氣中熱量,空氣+室內(nèi)各表面熱量,表面儲(chǔ)存熱,+,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成,438,常規(guī)的送風(fēng)方式空調(diào)需要去除的是進(jìn)入到空氣中的得熱量。,冷輻射板空調(diào)需要去除的熱量除了進(jìn)入到空氣中的熱量外，還包括貯存在熱表面上的熱量。,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,得熱與負(fù)荷的定義與構(gòu)成,439,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,

17、冷負(fù)荷形成過程,得熱：進(jìn)入建筑的總熱量，包括導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射、直接空氣交換/HG(n) 空調(diào)負(fù)荷：維持環(huán)境空調(diào)去除或加入的冷量或熱量/CL(n) 除熱量： 房間非穩(wěn)定工況下實(shí)際由空調(diào)系統(tǒng)除去的熱量/HE(n),比例f (熱源性質(zhì)) 表4-15,蓄熱比例f (建筑熱工特性、作用形式),壓縮機(jī) 功率,除熱量,（空調(diào)送風(fēng)方式）,與得熱比較有衰減和延遲,440,室內(nèi)熱源得熱 室內(nèi)熱源對(duì)流得熱 熱源向空調(diào)輻射板的輻射熱源向壁面的輻射,室內(nèi)熱源得熱分解：,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,冷負(fù)荷形成過程,空調(diào)送風(fēng)方式與輻射空調(diào)方式的負(fù)荷構(gòu)成區(qū)別,441,壁面得熱分

18、解：,壁面得熱分解 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱得熱 本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱 壁面對(duì)流得熱 本壁面向熱源的輻射 本壁面向空調(diào)輻射設(shè)備的輻射 本壁面向其他壁面的長(zhǎng)波輻射,諧波反應(yīng)法(4)得熱負(fù)荷的過程,4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,442,冷負(fù)荷 排除的對(duì)流熱得熱+潛熱+空氣的焓值增值 室內(nèi)熱源對(duì)流得熱 壁面對(duì)流得熱潛熱 滲透得熱,房間空氣的熱平衡關(guān)系空調(diào)送風(fēng)方式負(fù)荷,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,冷負(fù)荷形成過程,穩(wěn)定時(shí),其量物理意義?,443,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,建筑蓄熱

19、特性對(duì)冷負(fù)荷的影響,諧波擾量,階躍擾量,得熱量？ 蓄熱量？ 冷負(fù)荷？ 除熱量？ 新概念,444,的發(fā)展過程,當(dāng)量溫差法,諧波分解法,美/1946,蘇/50年代,得熱=負(fù)荷,反應(yīng)系數(shù)法,ASHRAE/77年,冷負(fù)荷系數(shù)法,加/1967-71,日射冷負(fù)荷系數(shù),Z傳遞函數(shù)改進(jìn),典型建筑冷負(fù)荷溫差及冷負(fù)荷系數(shù),諧波 反應(yīng)法,完善,穩(wěn)態(tài) 計(jì)算法,得熱負(fù)荷,我國(guó)根據(jù)不同對(duì)象推薦采用：,冬季,內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷,外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷,室內(nèi)冷負(fù)荷,窗戶日射冷負(fù)荷,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,負(fù)荷計(jì)算方法與模擬軟件,445,實(shí)際開機(jī)容量裝機(jī)容量 設(shè)備閑置浪費(fèi),驚人的浪費(fèi)

20、！,（樣本數(shù)：24）,446,穩(wěn)態(tài)算法 不考慮建筑蓄熱，負(fù)荷預(yù)測(cè)值偏大 動(dòng)態(tài)算法，積分變換求解微分方程 冷負(fù)荷系數(shù)法、諧波反應(yīng)法：夏季設(shè)計(jì)日動(dòng)態(tài)模擬。 計(jì)算機(jī)模擬分析軟件 DOE2(美國(guó))、HASP(日本)、ESP(英國(guó)) DeST(清華),4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.1 得熱與負(fù)荷的基本概念,負(fù)荷計(jì)算方法與模擬軟件,447,冬季為什么采用穩(wěn)定計(jì)算方法，而夏季采用非穩(wěn)定計(jì)算方法？,問題：,4.2.2 穩(wěn)定計(jì)算方法,比較： tw, 和 t=tw-tn,CLQwinter=HG=KwFw (tw-tn),448,方法 采用室內(nèi)外瞬時(shí)溫差或平均溫差，負(fù)荷與以往時(shí)刻的傳熱狀況無關(guān)

21、： QKFT 特點(diǎn) 簡(jiǎn)單，可手工計(jì)算 未考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，計(jì)算誤差偏大 應(yīng)用條件 蓄熱小的輕型簡(jiǎn)易圍護(hù)結(jié)構(gòu) 室內(nèi)外溫差平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)外溫度的波動(dòng)值（如冬季負(fù)荷計(jì)算、夏季內(nèi)墻負(fù)荷計(jì)算等）,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.2 穩(wěn)定計(jì)算方法,449,第三類邊界條件：,太難求解了！,非均勻板壁的不穩(wěn)定傳熱:,其中內(nèi)表面長(zhǎng)波輻射：,積分變換法基本原理(1),4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,450,積分變換法基本原理(2),對(duì)于常系數(shù)的線性偏微分方程，采用積分變換如 傅立葉變換 或 拉普拉斯變換。積分變換的概念是把函

22、數(shù)從一個(gè)域中移到另一個(gè)域中，在這個(gè)新的域中，函數(shù)呈現(xiàn)較簡(jiǎn)單的形式，因此可以求出解析解。然后再對(duì)求得的變換后的方程解進(jìn)行逆變換，獲得最終的解。,B域：?jiǎn)栴}容易求解,對(duì)函數(shù)進(jìn)行 積分變換,求解,A域：?jiǎn)栴}難以求解,對(duì)函數(shù)解進(jìn)行 積分逆變換,獲得解,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,如何選用？,偏微分方程變換為常微分方程 常微分方程變換為代數(shù)方程,451,拉普拉斯變換的解 形式：傳遞矩陣或s-傳遞函數(shù) 傳遞函數(shù) 問題的解,積分變換法基本原理(3),4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,

23、452,疊加,單元擾量,單元擾量響應(yīng),分解,拉普拉斯變換：熱傳遞過程是線性定常系統(tǒng),傅立葉變換：擾量周期變化,Z變換：擾量 非規(guī)則變化,擾量,擾量,三角波分解,諧波反應(yīng)法,疊加條件： 線性定常系統(tǒng),傳遞函數(shù),冷負(fù)荷系數(shù)法,積分變換法基本原理(4),453,諧波反應(yīng)法： 任何一連續(xù)可導(dǎo)曲線均可分解為正(余)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個(gè)正(余)弦波外擾的室內(nèi)響應(yīng)，并進(jìn)行疊加。 典型擾量輸入：室外空氣溫度，輸出：室內(nèi)壁溫 反應(yīng)系數(shù)法(冷負(fù)荷系數(shù)法)： 任何連續(xù)曲線均可離散為脈沖波之和。將外擾分解為脈沖，分別求得脈沖外擾的室內(nèi)響應(yīng)，再進(jìn)行疊加獲得室內(nèi)負(fù)荷。 對(duì)應(yīng)離散系統(tǒng)，拉普拉斯變換轉(zhuǎn)化

24、為Z變換 典型擾量輸入：室內(nèi)熱源得熱，輸出：室內(nèi)負(fù)荷,積分變換法基本原理(5),4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,454,武漢市室外干球溫度的全年變化,傅立葉級(jí)數(shù)分解,諧波反應(yīng)法(1),4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,455,室外溫度按余弦波（傅氏級(jí)數(shù)）分解（負(fù)荷為各階余弦波響應(yīng)之和） 諧波反應(yīng)計(jì)算方法,波幅的衰減,相位的延遲,系統(tǒng),tz,n(),n,n(),擾量,響應(yīng),n,tz,p,An,T/n,tz,n,n,n=An/n tz,n/n,室外空氣綜合溫度,室內(nèi)壁面溫度,擾量,響應(yīng),擾量,響應(yīng),?,An tz,n,

25、Bn n,n,諧波反應(yīng)法(2)單一諧波,4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,諧波反應(yīng)法,456,n、n圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)n階綜合溫度擾量傳至內(nèi)表面的衰減度及相位延遲時(shí)間，定義：,對(duì)于諧波疊加的室外(綜合)空氣溫度：,如用振幅表示：,諧波反應(yīng)法(3)多階諧波,4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,457,雙向(諧波)變化疊加計(jì)算,穩(wěn)定傳熱：tz,p 、 tn,p qn,p=K（tz,ptn,p）,qn () = + qn,p+qn1 ( ) + qn2 ( ),tn=C,僅tz()作用:tz() n()qn1( ) ,tz=C,僅tn()作用:tn() n()qn2( )

26、,外表面瞬時(shí)得熱：,內(nèi)表面瞬時(shí)放熱：,取得n、n的途徑：,大量性能試驗(yàn)得到（但很有限），目前手冊(cè)中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)屬這類； 理論計(jì)算得到（見4.1.2）。,（傳入室內(nèi)的得熱量）,諧波反應(yīng)法(4)得熱計(jì)算,4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,458,諧波反應(yīng)法(5)負(fù)荷計(jì)算,室外空氣綜合溫度擾量,房間得熱,房間負(fù)荷,墻體衰減延遲,房間衰減延遲,n、n,n、n,459,外表面太陽(yáng)吸收系數(shù),房間的衰減與延遲,負(fù)荷溫差,n, n,冷負(fù)荷溫度,諧波反應(yīng)法(6)工程簡(jiǎn)便計(jì)算方法,4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,n, n,460,計(jì)算機(jī)模擬分析軟件概況,z,4.2 房間冷負(fù)荷

27、的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.3 非透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及諧波反應(yīng)系數(shù)法,461,DOE-2 (Design of Experience) 由美國(guó)能源部主持，美國(guó) LBNL開發(fā)，于1979年首次發(fā)布的建筑全年逐時(shí)能耗模擬軟件，是目前國(guó)際上應(yīng)用最普遍的建筑熱模擬商用軟件，用戶數(shù)估計(jì)達(dá)到10002500家，遍及40多個(gè)國(guó)家。其中冷熱負(fù)荷模擬部分采用的是反應(yīng)系數(shù)法，假定室內(nèi)溫度恒定，不考慮不同房間之間的相互影響。 EnergyPlus 美國(guó)LBNL 90年代開發(fā)的商用、教學(xué)研究用的建筑熱、光模擬系統(tǒng)軟件。采用的是傳遞函數(shù)法（反應(yīng)系數(shù)法）。,z,計(jì)算機(jī)模擬分析軟件概況,462,ESP-r (Ener

28、gy Simulation Program for Research) ESP(ESP-r)是由英國(guó)Strathclyde大學(xué)的能量系統(tǒng)研究組19771984年間開發(fā)的建筑環(huán)境與設(shè)備系統(tǒng)能耗動(dòng)態(tài)模擬軟件。負(fù)荷算法采用的是有限差分法求解一維傳熱過程，而不需要對(duì)基本傳熱方程進(jìn)行線性化，因此可模擬具有非線性部件的建筑的熱過程，如有特隆布?jí)?Trombe wall) 或相變材料等變物性材料的建筑。采用的時(shí)間步長(zhǎng)通常以分鐘為單位。該軟件對(duì)計(jì)算機(jī)的速度和內(nèi)存有較高要求。 HASP (Heating,Air-conditioning and Sanitay Engineering Program) 日本19

29、71開發(fā)，采用熱平衡方法動(dòng)態(tài)計(jì)算負(fù)荷，強(qiáng)化建筑并考慮系統(tǒng)的能耗模擬軟件。,z,計(jì)算機(jī)模擬分析軟件概況,463,DeST (Designers Simulation Toolkit) 90年代清華大學(xué)開發(fā)的建筑與HVAC系統(tǒng)分析和輔助設(shè)計(jì)軟件。負(fù)荷模擬部分采用狀態(tài)空間法，即采用現(xiàn)代控制論中的“狀態(tài)空間”的概念，把建筑物的熱過程模型表示成： 狀態(tài)空間法的求解是在空間上進(jìn)行離散，在時(shí)間上保持連續(xù)。對(duì)于多個(gè)房間的建筑，可對(duì)各圍護(hù)結(jié)構(gòu)和空間列出方程聯(lián)立求解，因此可處理多房間問題。 其解的穩(wěn)定性及誤差與時(shí)間步長(zhǎng)無關(guān)，因此求解過程所取時(shí)間步長(zhǎng)可大至1小時(shí)，小至數(shù)秒鐘，而有限差分法只能取較小的時(shí)間步長(zhǎng)以保證解

30、的精度和穩(wěn)定性。但狀態(tài)空間法與反應(yīng)系數(shù)法和諧波反應(yīng)法相同之處是均要求系統(tǒng)線性化，不能處理相變墻體材料、變表面換熱系數(shù)、變物性等非線性問題。,z,分階段,計(jì)算機(jī)模擬分析軟件概況,464,日射得熱,溫差傳熱得熱,得熱分析：,玻璃吸收的太陽(yáng)輻射向室內(nèi)傳入的分額,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱,1。日射透射得熱,2。內(nèi)壁面對(duì)流得熱：日射吸熱得熱、溫差傳熱得熱,q=I,q=I,465,定義：日射得熱因數(shù) 處理方法：先解標(biāo)準(zhǔn)玻璃得熱，其他玻璃則采用修正系數(shù),半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱,工程處理：定義標(biāo)準(zhǔn)玻璃,標(biāo)準(zhǔn)玻璃：我國(guó)采用3

31、mm厚的普通玻璃當(dāng)入射角為i =0 時(shí)， =0.8，=0.074，=0.126 標(biāo)準(zhǔn)玻璃日射得熱日射得熱因數(shù)Ds,466,吸熱玻璃：在玻璃中添加金屬離子或某些物質(zhì)形成著色玻璃，獲得較高吸收率。20世紀(jì)60年代流行豐富色彩。 反射玻璃：在玻璃表面附加一層膜，使之反射更多太陽(yáng)輻射，獲得較高反射率。20年代70世紀(jì)流行映射景色。 吸熱玻璃與反射玻璃比較,玻璃溫度： 31.4,39.5,36.8,比較條件：厚度3mm，環(huán)境：32，室內(nèi)：24，太陽(yáng)日射強(qiáng)度：600W/m2，溫差傳熱：49.4W/m2,普通玻璃,吸熱玻璃,反射玻璃,0.15,4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,玻璃面發(fā)展及

32、其節(jié)能特性,467,low-e玻璃：將具有低發(fā)射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術(shù)，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬涂層，這樣就制成了Low-e (Low-emissivity) 玻璃。對(duì)太陽(yáng)輻射有高透和低透不同性能。,4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,玻璃面發(fā)展及其節(jié)能特性,468,4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,玻璃面發(fā)展及其節(jié)能特性,7.0% 45.6% 45,2% 2.2%,普通玻璃 高 高 高 低 吸熱玻璃 中 中 中 低 反射玻璃 低 低 中 低 low-e玻璃 低 低 低,近紅外線,可見光,紫外線,長(zhǎng)波紅外線,透過率,高

33、中,內(nèi)鍍非常薄但又耐久的鍍銀薄層。 20世紀(jì)80年代盛行節(jié)能玻璃。,夏季,東西向,469,僅內(nèi)窗簾,各種遮陽(yáng)及遮擋的日射得熱比較,降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,470,有效面積系數(shù),地點(diǎn)修正系數(shù),降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)(遮擋系數(shù)),窗戶的遮陽(yáng)系數(shù),窗戶面積,例4-8、例4-9,不同措施的日射得熱,窗玻璃的遮陽(yáng)系數(shù),窗戶得熱,471,降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施,4.2

34、房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,通風(fēng)窗、雙層通風(fēng)玻璃幕墻,通 風(fēng) 窗,空 氣 屏 障 式,吸熱后產(chǎn)生煙囪效應(yīng),自然,機(jī)械,通風(fēng)排熱,改善窗際微環(huán)境,原理：,節(jié)能,472,特隆布?jí)?473,474,通風(fēng)夾層的節(jié)能特性,475,通風(fēng)雙層玻璃窗，內(nèi)置百頁(yè),呼吸式玻璃幕墻：,476,a)外立面 b)通風(fēng)換氣層 圖4-29 雙層通風(fēng)玻璃幕墻,降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施,雙層通風(fēng)玻璃幕墻,與通風(fēng)窗之區(qū)別？,477,半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷計(jì)算方法,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,擾量,得

35、熱,得熱,擾量,負(fù)荷,傳導(dǎo)負(fù)荷,日射負(fù)荷,經(jīng)過了什么部件被衰減和延遲了?,478,負(fù)荷溫差： 與什么因素有關(guān)？,玻璃窗日射冷負(fù)荷,玻璃窗傳導(dǎo)冷負(fù)荷,n, n,降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,工程處理：,日射負(fù)荷強(qiáng)度= 日射得熱日射負(fù)荷系數(shù),n, n,479,處理方式：太陽(yáng)輻射中不考慮直射輻射。 有陰影與無陰影混合作用： 分別考慮，按面積 計(jì)算各得熱。 陰影面積：可由幾何關(guān)系求解。 空調(diào)得熱計(jì)算：按最不利情況計(jì)算，不考慮 因陰影面而引起的得熱減少。,降低通過玻璃門窗傳入室內(nèi)熱量的措施,4.2 房間冷

36、負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.4 半透明體圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱與負(fù)荷及其節(jié)能方法,外遮陽(yáng)陰影面處理,480,冷負(fù)荷系數(shù)法原理,4.2.5 冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷,室內(nèi)熱源簡(jiǎn)化基本思想：,擾量系數(shù),室內(nèi)熱源設(shè)備：,冷負(fù)荷系數(shù),HG(0)內(nèi)熱源散熱量,- 0 熱源開始散熱至計(jì)算時(shí)刻 CLQ(- 0)冷負(fù)荷系數(shù)負(fù)荷強(qiáng)度系數(shù)，它與開始使用時(shí)間和連續(xù)使用時(shí)間有關(guān)，與建筑熱特性有關(guān)。,481,冷負(fù)荷系數(shù)求解原理圖 （照明負(fù)荷）,q,冷負(fù)荷系數(shù)的簡(jiǎn)便計(jì)算,4.2.5 冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷,482,冷負(fù)荷系數(shù)的簡(jiǎn)便計(jì)算,4.2.5 冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷,483,計(jì)算基數(shù)：輸入功率N（電動(dòng)設(shè)備安裝功率）/kW

37、 注意計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮： n1利用系數(shù)(最大實(shí)耗功率與安裝功率之比) ； n2同時(shí)使用系數(shù)； n3負(fù)荷系數(shù)(實(shí)耗功率與最大實(shí)耗功率之比) ； n4有局部排風(fēng)時(shí)應(yīng)考慮排風(fēng)帶走熱量的系數(shù)。,主要常見設(shè)備有電熱設(shè)備、電動(dòng)設(shè)備/考慮電動(dòng)機(jī)效率,室內(nèi)負(fù)荷,4.2.5 冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷,設(shè)備得熱與負(fù)荷,484,人體,顯熱,潛熱,輻射熱,對(duì)流熱,對(duì)流熱,吸收熱,負(fù)荷,水分蒸發(fā)：,水分,溫度,濕度,得熱,室內(nèi)負(fù)荷,4.2.5 冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷,人體得熱與負(fù)荷,485,諧波反應(yīng)法的簡(jiǎn)化算法與冷負(fù)荷系數(shù)法形式一致。 不能分析變物性的材料如相變材料制成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱過程。 只是在一定程度上反應(yīng)了得熱和冷負(fù)荷之

38、間的區(qū)別，對(duì)輻射的影響作了很多簡(jiǎn)化： 對(duì)墻體內(nèi)表面之間的長(zhǎng)波輻射作了簡(jiǎn)化處理，給定比例 忽略了透過玻璃窗日射落在墻內(nèi)表面上的光斑的影響 熱源對(duì)流和輻射比例給定，與墻表面角系數(shù)給定 把室內(nèi)空氣溫度看作是常數(shù) 如果房間與簡(jiǎn)化假定相差較遠(yuǎn)，則結(jié)果的誤差較大，如內(nèi)表面溫度差別大、房間形狀不規(guī)則、室內(nèi)空氣控制溫度隨時(shí)間變化等。,積分變換法/兩種積分變換法總結(jié),4.2.5 冷負(fù)荷系數(shù)法與室內(nèi)負(fù)荷,486,夏季：室內(nèi)外溫差小，風(fēng)壓是主要?jiǎng)恿?冬季：室內(nèi)外溫差大，熱壓作用往往強(qiáng)于風(fēng)壓，造成底層房間熱負(fù)荷偏大。因此冬季冷風(fēng)滲透往往不可忽略。 理論求解方法：網(wǎng)絡(luò)平衡法，數(shù)值求解 網(wǎng)絡(luò)平衡法原理： 工程應(yīng)用：壓差法

39、、縫隙法、換氣次數(shù)法,節(jié)點(diǎn)平衡：Gi0 回路壓力平衡：P0,通風(fēng)滲透得熱 = 室內(nèi)外焓差 滲透風(fēng)量負(fù)荷,為什么？,計(jì)算關(guān)鍵？,4.2 房間冷負(fù)荷的形成及其計(jì)算方法概述 4.2.6 通風(fēng)滲透負(fù)荷,487,風(fēng)壓,正壓空調(diào),熱壓,下部滲入,上部滲出,高層建筑,夏季,冬季,負(fù)壓滲入 正壓滲出,負(fù)壓空調(diào),迎風(fēng)面滲入被風(fēng)面滲出,氣密性,室外風(fēng)速,壓差法,縫隙法,換氣次數(shù)法,壓差,高大空間,自然通風(fēng),流量平衡網(wǎng)絡(luò)法,La=klal =f (室外風(fēng)速,門窗結(jié)構(gòu),門窗縫隙長(zhǎng)度）,La=nV=f（換氣次數(shù)，室容積）,第三章,視情況考慮,一般考慮,滲透動(dòng)力,起因,現(xiàn)象,影響因素,方法,多開口,？,4.2.6 通風(fēng)滲

40、透負(fù)荷,計(jì)算方法分析,488,濕源：人員、工藝設(shè)備、水槽、地面積水等； 散濕均變?yōu)樗矔r(shí)負(fù)荷； 圍護(hù)結(jié)構(gòu)與家具的蓄濕作用一般不考慮。,濕表面,功率為N的熱源加熱蒸發(fā),濕表面散濕量：,教材式(4-121),符號(hào)見教材P.182,冷負(fù)荷：蒸汽潛熱，一般蒸汽的顯熱不考慮,濕負(fù)荷：蒸汽量,自然蒸發(fā),濕負(fù)荷：式(4-121),蒸汽源,冷負(fù)荷：根據(jù)設(shè)備散熱方式，由N確定,濕負(fù)荷：式(4-121),工藝性發(fā)濕除外,4.3 室內(nèi)濕環(huán)境的形成 4.3.1 室內(nèi)濕源及其散濕量,人體,489,圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳濕與傳熱具有相似性，其蒸汽滲透量(濕負(fù)荷)為：,4.3 室內(nèi)濕環(huán)境的形成 4.3.2 墻體傳濕及計(jì)算,490,每層界

41、面上溫度： 每層界面上水蒸汽分壓力：,導(dǎo)熱系數(shù)大溫降小 滲透系數(shù)大分壓力降小,ab,t(x) Pbt(x)= Pb(x) p(x),冷凝？,4.3 室內(nèi)濕環(huán)境的形成 4.3.2 墻體傳濕及計(jì)算,491,目的：建筑物內(nèi)部無水汽凝結(jié) （美觀、減少發(fā)病率、降低采暖費(fèi)、延長(zhǎng)建筑壽命） 檢驗(yàn)方法：使建筑物表面(表面結(jié)露)、各層(內(nèi)部結(jié)露),1) 調(diào)整各材料層順序；見圖 保溫層：導(dǎo)熱系數(shù)小，但滲透系數(shù)大。 圖中A相當(dāng)于保溫層、B相當(dāng)于隔汽層 2) 設(shè)置隔汽層；布置原則：“進(jìn)難易出”見圖 （水汽側(cè)）內(nèi)隔汽層保溫層外 采暖房間？冷庫(kù)？ 3) 設(shè)置通風(fēng)間層或泄汽溝道,消除圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝的方法,Pi(x)pb(

42、x),4.3 室內(nèi)濕環(huán)境的形成 4.3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)露及其防治,例4-11,大Rv材料,492,人體體溫生理特征,肝臟：最高，38 皮膚：與外界環(huán)境有關(guān) 各部分溫差不會(huì)太大 日夜有1以內(nèi)的波動(dòng) 代表溫度：核心溫度,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),生理特征,蓄熱,493,人體體溫的表示,核心溫度下丘腦部位處,皮膚溫度,易測(cè)的代表溫度表4-38,直腸溫度,平均溫度,(在熱環(huán)境中),(在冷環(huán)境中),人體體溫生理特征,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),494,人體的正常溫度,人體體溫生理特征,4.4

43、 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),人的正常體溫： 36.5 人的皮膚表面溫度為： 33.3,495,冷感受器處的皮膚結(jié)構(gòu),人體各部位的冷點(diǎn)數(shù)目明顯多于熱點(diǎn)。,問題： 為什么人對(duì)冷更敏感？,人體熱感受系統(tǒng),4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),皮下0.2mm,皮下0.6mm,496,人體的皮膚和內(nèi)臟器官有無數(shù)個(gè)“冷點(diǎn)”（冷感受器）和“熱點(diǎn)”（熱感受器），它們使大腦產(chǎn)生冷熱感覺的作用系統(tǒng)如下：,冷熱感受系統(tǒng),4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),人體熱感受系統(tǒng),497,人體與非生物體的區(qū)別：人體的溫度和散熱量并不完全由環(huán)境因素決定，在一定環(huán)境參數(shù)范圍

44、內(nèi)人體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以將人體的核心溫度維持在一個(gè)適合于生存的較窄的范圍內(nèi),比較核心溫度與設(shè)定值偏差,靜止:36.8;步行:37.4 ； 慢跑:37.9;劇烈運(yùn)動(dòng):39.5 ; ,自調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),人體的體溫自調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),498,下丘腦具有調(diào)節(jié)代謝、體溫和內(nèi)分泌功能：前部主要促進(jìn)散熱來降溫，后部促進(jìn)產(chǎn)熱抵御寒冷。 散熱調(diào)節(jié)方式 血管擴(kuò)張，增加血流，提高表皮溫度 出汗 御寒調(diào)節(jié)方式 血管收縮，減少血流，降低表皮溫度 通過冷顫增加代謝率,在體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作時(shí)，增加環(huán)境溫度并不能提高人體的核心溫度（直腸溫度）。 只有改變代謝率才能改變?nèi)梭w核心溫度。,幾個(gè)概

45、念,4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),人體的體溫自調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),499,人體水分蒸發(fā)的生理現(xiàn)象,被動(dòng)水分損耗皮膚、肺部水蒸氣分壓力差,汗腺分泌蒸發(fā)皮膚熱不平衡,呼吸顯熱散熱,皮膚汗液蒸發(fā)散熱,皮膚濕擴(kuò)散散熱,呼吸潛熱散熱,歸納,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.1 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)基礎(chǔ),4100,研究方法：心理學(xué)，研究感覺與刺激間的關(guān)系學(xué)科稱為心理物理學(xué)。 定義：人對(duì)周圍環(huán)境“冷”“熱”的主觀描述。 特點(diǎn)：盡管人描述環(huán)境的冷熱，實(shí)際上只能感覺到自己皮膚下神經(jīng)末梢的溫度。所以“冷”“熱”與感受者的身體狀態(tài)有關(guān)，不是完全客觀的反映。 “中性”的定義：不冷不熱，人用于體

46、溫調(diào)節(jié)消耗的能量最小。 度量：感覺不能用任何直接的方法測(cè)量。,熱感覺,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.2 熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ),幾個(gè)概念,4101,皮膚溫度變化率對(duì)冷/熱閾的作用,熱感覺,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.2 熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ),4102,實(shí)線暖閾、涼閾 虛線感覺變化閾,皮膚感覺與適應(yīng)溫度以及變化量之間的關(guān)系,結(jié)論？,問題：環(huán)境溫度30時(shí)，在什么情況下感覺暖？,問題：環(huán)境溫度36時(shí)，在什么情況下感覺涼？,熱感覺,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.2 熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ),熱感冒,4103,一只手浸入熱水

47、后的疼痛強(qiáng)度,問題：浸在45 的水中，感到疼痛的時(shí)間約多少？,熱感覺,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.2 熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ),描述人對(duì)熱刺激的反應(yīng),4104,熱舒適,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.2 熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ),當(dāng)人獲得一個(gè)快感的刺激時(shí)是舒服的，但此時(shí)可能熱感覺可能是中性的甚至是非中心的,同樣的手溫有時(shí)感到舒適有時(shí)感到不舒適，說明了什么？,4105,冷感覺一般情況取決于平均皮膚溫度； 熱感覺最初取決于皮膚溫度，而后取決于深部體溫； 熱舒適感可以獲得快感的刺激；可以消除熱不舒適感,為什么？,熱舒適,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和

48、心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.2 熱濕環(huán)境中的人體心理學(xué)基礎(chǔ),comfort, thermal: that condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment , it requires subjective evaluation.ASHRAE55-1992 and is assessed by subjective evaluation. ASHRAE55-2004,Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy,ASHRAE55:,標(biāo)度表4-4

49、0,ISO 7730,4106,人體蓄熱率,人體能量代謝率,人體產(chǎn)熱率,與活動(dòng)強(qiáng)度有關(guān),衣 著,主要影響因素: 環(huán)境(t,v,tr) 衣著 活動(dòng)量,人體所作機(jī)械功,人體與環(huán)境輻射換熱率,人體與環(huán)境對(duì)流換熱率,人體蒸發(fā) 散熱率,熱平衡方程,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,4107,人體感到舒適的必要條件： S = 0 人體感到舒適的充分條件： 人體按正常比例散熱,當(dāng)S=0時(shí)：,將前述各散熱量計(jì)算式代入方程式，可以得到公式（5-32），即人體蓄熱量S取決于6個(gè)因素的定量描述：,P.O.Fanger熱舒適方程,人體正常的散熱范圍：,熱舒適方程,

50、4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,4108,蓄熱量不同時(shí)的生理現(xiàn)象,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,S0： 體溫升高， 40時(shí)人出汗停止； 43.5 時(shí)人死亡。 S0: 體溫降低，人體顫抖； 34時(shí)，肌肉適應(yīng)，停止顫抖； 28時(shí)，呼吸停止，人死亡。,4109,產(chǎn)能量 (代謝率),進(jìn)食,體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)等,客觀因素:活動(dòng)強(qiáng)度/環(huán)境/性別/年齡/進(jìn)食后時(shí)間長(zhǎng)短/等 主觀因素:神經(jīng)緊張程度等,作機(jī)械功,皮膚/服裝/呼吸,熱交換,環(huán)境,熱平衡,與無生命物質(zhì)能量平衡的主要區(qū)別,單位 met：1 me

51、t = 58.2 W/m2，即成年男子靜坐時(shí)的代謝率。,成年男子RMB：46 W/m2 /0.8met,BMR變化范圍：1015。超過20為病態(tài)。,影響因素,基礎(chǔ)代謝率/RMB 維持生命所需最低產(chǎn)能用于比較不同條件時(shí)的代謝率 / 早餐前清醒靜臥半小時(shí),室溫為1825測(cè)得,人體能量代謝率M,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,研究方法,4110,人體能量代謝率M,M = f (耗氧量、CO2排放量) = f (活動(dòng)量),1met,0.8,3km/h,2.0,3.0,8.0,5km/h,10km/h,1.4,一般室內(nèi)運(yùn)動(dòng)代謝率多在5 met 以下

52、,肌肉活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)代謝率起決定性的影響,表4-42,式4-134,人體能量如何分配？,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,研究方法？,定量方法,表面積1.8m2,中國(guó)人的表面積1.51.8m2；,4111,定義：,人體的機(jī)械效率,S=0時(shí)： C+R+E=(M-W)實(shí)際M計(jì)算,空調(diào)負(fù)荷計(jì)算時(shí)：取0，即：W0 偏安全計(jì)算,問題：人體是高效的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)嗎？,人體所作的機(jī)械功W,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,0.2,4112,呼吸顯熱散熱：,皮膚汗液蒸發(fā)散熱：,皮膚濕擴(kuò)散散熱：,呼吸潛熱散熱；

53、,人體平均皮膚溫度：,皮膚,呼吸,人體總蒸發(fā)散熱量E,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,4113,人體表面發(fā)射率，灰體且長(zhǎng)波輻射時(shí)等于吸收率,f eff 人體有效輻射面積修正系數(shù)，考慮不同姿勢(shì)的修正,斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)5.6710-8W/m2K4,tcl 衣服外表面溫度：,0.8 0.4 0.7,0.78 0.72 0.7,人體外表面與外界的輻射換熱量R,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,4114,tcl 可以通過聯(lián)立求解,人體外表面與周圍環(huán)境空氣的對(duì)流換熱量C,4.4 熱濕環(huán)境中的人

54、體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,fcl 人體服裝面積系數(shù)，它是著裝后實(shí)際表面積Acl與人體 裸身表面積AD之比，即：,對(duì)流換熱,4115,當(dāng)S=0人體達(dá)到熱平衡時(shí)有：,4.4 熱濕環(huán)境中的人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ) 4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,舒適性方程及其影響因素,M、W、ta、Pa、mrt、fcl、tcl、cl。,f(tcl，ta，va),f(ta，va，Icl ， fcl ，mrt，M),f(Icl ),f(ta、a ),ta、Pa(或)、mrt、 va 、 M、 Icl,六個(gè)影響參數(shù)：,4116,成年男子在不同環(huán)境溫度下的散熱,工程上婦女、

55、兒童散熱取值為男子散熱參數(shù)的85%,全熱：主要決定于肌肉活動(dòng)強(qiáng)度， 其它因素影響在應(yīng)用上可以忽略。,顯熱：決定于環(huán)境溫度，隨溫度上升而減少。 潛熱(散濕)：決定于環(huán)境溫度，隨溫度上升而增加。正常情況下，提高環(huán)境溫度僅影響出汗速率，不影響直腸、皮膚溫度。,人體總散熱量,4.4.3 人體熱平衡方程以及熱舒適性描述,4117,S= (M - W) 1.73 10-2 M (5.867 Pa ) 0.0014 M (34 ta ) 3.05 5.733 0.007 (M W) Pa 0.42 ( M W 58.2 ) 皮膚擴(kuò)散蒸發(fā)散熱 汗液蒸發(fā)散熱 fcl cl ( tcl - ta ) 3.96 1

56、0-8 fcl (tcl + 273)4 (mrt+ 273)4 對(duì)流散熱 輻射散熱 =TL=,S=(M - W) (E CR) = 0,呼吸潛熱,呼吸顯熱散熱,達(dá)到熱平衡時(shí),4.5 人對(duì)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià) 4.5.1 PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素,舒適性方程PMV,S PMV：客觀物理量感覺主觀定量,表4-43,4118,PMV,PPD,通過滿意度描述由大量試驗(yàn)獲得,PMV指標(biāo)只代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺，不能代表所有個(gè)人的感覺。 PPD是通過概率分析確定某環(huán)境條件下人群不滿意的百分?jǐn)?shù) 即便達(dá)到 PMV0，仍然有5的人不滿意。,PMV PPD,4.5 人對(duì)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià) 4.5.1 PM

57、V-PPD指標(biāo)及其影響因素,4119,4.5 人對(duì)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià) 4.5.1 PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素,環(huán)境參數(shù),環(huán)境參數(shù),活動(dòng)量,衣著,可以有ta、Pa()、 va、 mrt、 M、 Icl多種組合 達(dá)到同樣的感覺PMV,ta a va,ta：決定了能耗,a ：決定了排汗,氣流形式,干冷,濕冷,悶熱,皮膚潤(rùn)濕度=,體表實(shí)際蒸發(fā)散熱量,最大潛熱散熱量,體表全部被汗?jié)駶?rùn),采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50019-2003：,4120,空氣濕度對(duì)人體排汗量有影響嗎？為什么？ 潮濕為什么不舒服？ 濕冷為何比干冷更覺得不舒適？ 在什么溫度范圍內(nèi)，濕度對(duì)舒適感的影響可忽略不計(jì)？ 皮膚濕潤(rùn)度增高皮膚黏著性增加不適,皮膚潤(rùn)濕度,不舒適的數(shù)量估計(jì),4.5 人對(duì)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià) 4.5.1 PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素,環(huán)境參數(shù),濕度對(duì)舒適性的影響,4121,一個(gè)假象的等溫圍合面的表面溫度，它與人體間的輻射熱交換量等于人體周圍實(shí)際的非等溫圍合面與人體間的輻射熱交換量。,=,4.5 人對(duì)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià) 4.5.1 PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素,環(huán)境參數(shù),平均輻射溫度mrt,Mean Radiation Temperature,4122,環(huán)境空氣溫度,150mm,黑球溫度tg,風(fēng)速,黑球溫度,4.5 人對(duì)熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià) 4.5.1 PMV-PPD指標(biāo)及其影響因素,環(huán)境參數(shù),平均輻射溫